Відмінності між версіями «Особливості виробництва процесорів. СПК»

Версія за 23:32, 27 грудня 2013

Виготовлення процесорів

Виробництво процесорів

Виробництво процесорів - дуже складна технологічна задача, вирішення якої відбувається в декілька етапів.Виробництво напівпровідникового кристала набагато більш ресурсомістка, ніж, скажімо, зведення багатоповерхового будинку або організація найбільшого виставкового заходу. Однак завдяки масовому випуску CPU в грошовому еквіваленті ми цього не помічаємо, та й рідко хто замислюється про всю грандіозності елементів, що посідають таке чільне місце всередині системного блоку.

Етапне виробництво процесорів

1.Кремній проходить багатоступеневий процес очищення: сировина для мікросхем не може містити більше домішок, ніж один чужорідний атом на мільярд.

2 Кремній розплавляють в спеціальній ємності і, опустивши всередину постійно охолоджуваний обертається стрижень, «намотують» на нього завдяки силам поверхневого натягу речовина.

3 У підсумку виходять поздовжні заготовки (монокристали) круглого перерізу, кожна масою близько 100 кг.

4 Заготівлю нарізають на окремі кремнієві диски - пластини, на яких будуть розташовані сотні мікропроцесорів. Для цих цілей використовуються верстати з алмазними ріжучими дисками або проволочно-абразивні установки.

5 Підкладки полірують до дзеркального блиску, щоб усунути всі дефекти на поверхні. Наступний крок - нанесення найтоншого фотополімерного шару.

6 Оброблена підкладка піддається впливу жорсткого ультрафіолетового випромінювання. У фотополимерном шарі відбувається хімічна реакція: світло, проходячи через численні трафарети, повторює малюнки шарів CPU.

7 Реальний розмір зображення, що наноситься в кілька разів менше власне трафарету.

8 Ділянки, «протруєне» випромінюванням, вимиваються. На кремнієвій підкладці виходить малюнок, який потім піддається закріпленню.

9 Наступний етап виготовлення одного шару - іонізація, в процесі якої вільні від полімеру ділянки кремнію бомбардуються іонами.

10 В місцях їх потрапляння змінюються властивості електричної провідності.

11 Залишився полімер видаляють, і транзистор майже готовий. В ізолюючих шарах робляться отвори, які завдяки хімічній реакції заповнюються атомами міді, використовуваними в якості контактів.

12 З'єднання транзисторів являє собою багаторівневу розведення. Якщо поглянути в мікроскоп, на кристалі можна помітити безліч металевих провідників і розміщених між ними атомів кремнію або його сучасних замінників.

13 Частина готової підкладки проходить перший тест на функціональність. На цьому етапі на кожен з вибраних транзисторів подається струм, і автоматизована система перевіряє параметри роботи напівпровідника.

14 Підкладка з допомогою найтонших ріжучих кіл розрізається на окремі частини.

15 Придатні кристали, отримані в результаті цієї операції, що використовуються у виробництві процесорів, а браковані відправляються у відходи.

16 Окремий кристал, з якого буде зроблений процесор, поміщають між підставою (підкладкою) CPU і теплорас-пределительной кришкою і «упаковують».

17 В ході остаточного тестування готові процесори перевіряються на відповідність необхідним параметрам і лише потім сортуються. На підставі отриманих даних у них прошивається мікрокод, що дозволяє системі належним чином визначити CPU.

18 Готові пристрої упаковуються і спрямовуються на ринок.

    [[Файл:0391jjh.jpg|border|Третій етап|200px]  

    [[Файл:kgnrel.jpg|border|Шостий етап|200px

Енергоспоживання процесорів

З технологією виготовлення процесора тісно пов'язано і його енергоспоживання .

Перші процесори архітектури x86 споживали мізерну (за сучасними мірками) кількість енергії , що становить частки вата . Збільшення кількості транзисторів і підвищення тактової частоти процесорів привело до істотного зростання даного параметра. Найбільш продуктивні моделі споживають до 130 і більше ват. Фактор енергоспоживання , несуттєвий на перших порах , зараз чинить серйозний вплив на еволюцію процесорів:

1.Вдосконалення технології виробництва для зменшення споживання , пошук нових матеріалів для зниження струмів витоку , зниження напруги живлення ядра процесора;

2.Поява сокетів (роз'ємів для процесорів) з великим числом контактів (більше 1000 ), більшість яких призначено для живлення процесора. Так у процесорів для популярного сокета LGA775 число контактів основного живлення становить 464 штуки (близько 60 % від загальної кількості) ;

3.Зміна компонування процесорів. Кристал процесора перемістився з внутрішньої на зовнішню сторону , для кращого відведення тепла до радіатора системи охолодження;

4.Інтеграція в кристал температурних датчиків і системи захисту від перегріву , знижує частоту процесора або взагалі зупиняє його при неприпустиме збільшення температури;

5.Поява в новітніх процесорах інтелектуальних систем , динамічно змінюють напруга живлення , частоту окремих блоків і ядер процесора , і вимикаючих невикористовувані блоки і ядра;

6.Поява енергозберігаючих режимів для «засипання » процесора , при низькому навантаженні .

Робоча температура процесора

Ще один параметр ЦП - максимально допустима температура поверхні процесора , при якій можлива нормальна робота (від 54.8 до 100 С). Температура процесора залежить від його завантаженості і від якості тепловідведення. У холостому режимі і при нормальному охолодженні температура процесора знаходиться в межах 25 -40С , при високій завантаженості вона може досягати 60-65 С. При температурі, що перевищує максимально допустиму виробником , немає гарантії , що процесор буде функціонувати нормально . У таких випадках можливі помилки в роботі програм або зависання комп'ютера .